7. sınıf fen bilimleri 2. dönem 1. yazılı 1. Senaryo Test 2

Fiziksel anlamda iş yapabilmek için bazı koşulların sağlanması gerekir.
Aşağıdaki durumlardan hangisinde fiziksel anlamda iş yapılmıştır?

A) Elindeki çantayı sabit hızla düz yolda taşıyan öğrenci.

B) Duvarı ittiği halde hareket ettiremeyen adam.

C) Kitap okurken masada oturan çocuk.

D) Yerde duran $2 \text{ kg}$ kütleli bir topu $1.5 \text{ m}$ yüksekliğindeki rafa koyan öğrenci.

Merhaba sevgili öğrenciler!

Fizikte "iş" kavramı, günlük hayattaki kullanımından biraz farklıdır. Fiziksel anlamda iş yapılabilmesi için belirli koşulların sağlanması gerekir. Bu koşulları ve seçenekleri tek tek inceleyelim:

• Fiziksel Anlamda İş Nedir?

  Fizikte iş, bir cisme uygulanan kuvvetin, cismi kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesiyle ortaya çıkan enerji aktarımıdır. Matematiksel olarak iş ($W$), kuvvet ($F$) ile yer değiştirme ($d$) ve kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açının kosinüsünün çarpımıyla ifade edilir: $W = F \cdot d \cdot \cos\theta$.

  Bu formülden de anlaşılacağı üzere, iş yapılabilmesi için üç temel şart vardır:

  • Cisme bir kuvvet uygulanmalıdır ($F \neq 0$).
  • Cisim yer değiştirmelidir ($d \neq 0$).
  • Uygulanan kuvvetin, yer değiştirme doğrultusunda bir bileşeni olmalıdır ($\cos\theta \neq 0$). Yani kuvvet ile yer değiştirme birbirine dik olmamalıdır ($\theta \neq 90^\circ$).

• A) Elindeki çantayı sabit hızla düz yolda taşıyan öğrenci.

  Bu durumda öğrenci çantayı yukarı doğru bir kuvvetle tutar (yerçekimine karşı). Ancak öğrenci düz yolda yatay hareket etmektedir. Yani çantaya uygulanan kuvvet (yukarı doğru) ile çantanın yer değiştirmesi (yatay) birbirine diktir. Kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açı $90^\circ$ olduğu için $\cos 90^\circ = 0$ olur. Dolayısıyla, fiziksel anlamda iş yapılmamıştır ($W = F \cdot d \cdot \cos 90^\circ = 0$).

• B) Duvarı ittiği halde hareket ettiremeyen adam.

  Adam duvara bir kuvvet uygulamaktadır ($F \neq 0$). Ancak duvar hareket etmediği için yer değiştirme ($d$) sıfırdır. Yer değiştirme olmadığı için fiziksel anlamda iş yapılmamıştır ($W = F \cdot 0 = 0$).

• C) Kitap okurken masada oturan çocuk.

  Çocuk otururken herhangi bir yer değiştirme yapmamaktadır ($d = 0$). Ayrıca, bir cisme kuvvet uygulayıp onu hareket ettirme durumu da söz konusu değildir. Bu nedenle fiziksel anlamda iş yapılmamıştır ($W = 0$).

• D) Yerde duran $2 \text{ kg}$ kütleli bir topu $1.5 \text{ m}$ yüksekliğindeki rafa koyan öğrenci.

  Bu durumda öğrenci, topu yerden yukarı kaldırırken yerçekimi kuvvetine karşı bir kuvvet uygular. Top, uygulanan kuvvet doğrultusunda ($1.5 \text{ m}$) yukarı doğru yer değiştirir. Uygulanan kuvvet (yukarı) ile yer değiştirme (yukarı) aynı yönde olduğu için aralarındaki açı $0^\circ$'dir ve $\cos 0^\circ = 1$ olur. Hem kuvvet uygulanmış, hem yer değiştirme olmuş, hem de kuvvet yer değiştirme doğrultusunda olduğu için fiziksel anlamda iş yapılmıştır.

  Yapılan işi yaklaşık olarak hesaplarsak (yerçekimi ivmesi $g \approx 10 \text{ m/s}^2$ alınırsa):

  • Kuvvet ($F$) = Topun ağırlığı ($m \cdot g$) = $2 \text{ kg} \cdot 10 \text{ m/s}^2 = 20 \text{ N}$
  • Yer değiştirme ($d$) = $1.5 \text{ m}$
  • İş ($W$) = $F \cdot d = 20 \text{ N} \cdot 1.5 \text{ m} = 30 \text{ Joule}$

  Bu durumda öğrenci fiziksel anlamda iş yapmıştır.

Yukarıdaki analizlere göre, fiziksel anlamda iş yapılan durum D seçeneğinde verilmiştir.

Cevap D seçeneğidir.